多变的车灯，绕不开的LED驱动芯片

在今年的北京车展中，虽然汽车车灯照明并不是镜头前的主角，但其中不乏令人眼前一亮的方案。

如大众途观L pro搭载Micro LED投影大灯，意味着该方案首次已经下沉至30万以内的市场价格区间。极氪MIX继续保留贯穿式光幕设计，并且和大灯融为一体，科技感十足。其余虽未有突破性创新，但在造型和功能上都得到不同程度的升级。

可以说，对汽车车灯诉求已经远远不止于照明的功能，而是需要与整车造型一道动态营造个性化差异表现。

而支持这些功能快速实现的背后，LED技术的应用功不可没。

LED光源具有节能、寿命长、响应迅速的特点。用于汽车照明时，其尺寸小巧的特点，使得设计更加灵活，为多种方案照明甚至灯光交互的实现提供了可能性。

作为最早量产应用LED技术的奥迪，分别于2004年在量产A8车型搭载了LED日间行车灯、2006年在量产A6车型上搭载了全LED的尾灯、2008年在其R8车型上搭载了全LED的大灯。自此之后，LED开始大量在汽车上实现搭载。目前LED光源已经广泛应用在前大灯总成、后尾灯总成、氛围灯总成、屏幕背光以及近些年兴起的ISD智能交互等车灯总成上。根据TrendForce预测，2024年全球车用LED市场规模有望达到34.45亿美金。

■全球首款全LED大灯量产车型-奥迪R8 V10（注：2007年亮相的雷克萨斯的LS600h未在远光灯中使用LED）

当然，LED技术用于车灯照明时也存在两个明显的缺点，分别是散热和LED驱动。相较而言散热问题较为容易解决，通过增加对应的被动散热结构即可解决。最难的当属LED驱动，众所周知LED需要恒流驱动，因此必须采用对应的驱动芯片，尤其是在当前LED光源数量快速增加的情况下，对LED驱动芯片要求也在不断提升。

01.

如何去选择合适的LED驱动芯片

上文提到LED需要恒定电流来驱动，根据电流的调节方式，LED驱动芯片可以分为两大类，线性LED驱动芯片和开关型LED驱动芯片。

线性LED驱动芯片因电路简单，控制灵活，广泛应用在小灯、尾灯、发光格栅、氛围灯、ISD智能交互显示等汽车照明应用中。但线性LED驱动芯片存在输出功率低，以及工作电压范围较小的缺点，因此在大功率前大灯照明中，线性LED驱动芯片应用较少，仅在部分前灯照明如转向流水灯、日行灯以及发光格栅灯中采用线性LED驱动芯片。

开关型LED驱动芯片通过PWM脉冲控制电流大小，配合内部控制环路，可以在更宽的输出电压范围内实现多个LED的控制。此外，开关型LED驱动芯片的转换效率也明显优于线性LED驱动芯片，配合其更大功率的驱动能力，开关LED型驱动芯片被广泛应用于前大灯照明中，尤其是肩负夜间照明功能的远光灯和近光灯。

当然，实际选型中，由于车灯产品状态以及自身供应链的不同，各企业产品会存在差异。

除确定驱动芯片的类型外，驱动芯片另一关键是去匹配需要驱动的LED数量。

LED驱动芯片数量与LED灯珠个数密切相关，其中的关键指标是驱动芯片的输出通道数（CH）。理论上每个通道均可单独控制一个LED灯珠或者一串LED灯珠（具体个数与驱动芯片工作电压有关，线性LED驱动芯片每通道通常驱动1-3颗LED，开关型LED驱动芯片通常会更多）。

通常，开关型LED驱动芯片得益于高转换效率的优势，可以依靠较少的输出通道驱动更多的LED灯珠。但对于线性LED驱动芯片这一品类而言，受限于工作电压与散热的限制，其每个输出通道能够驱动的LED灯珠数量有限。为了实现更加灵动炫酷的照明效果，车身照明中LED灯珠数量的逐渐增多，因此拥有更多输出通道数量的线性LED驱动芯片至关重要。

单个线性LED驱动芯片常见的输出通道数有1~3通道、12通道、16通道、24通道，近些年市场上也有芯片供应商陆续推出新一代的48通道乃至能够驱动更多通道的线性LED驱动芯片。

02.

尾灯、氛围灯、ISD智能交互灯LED驱动芯片的选型策略

上文提到的汽车尾灯、内饰氛围灯、发光格栅以及近些年兴起的ISD智能交互，虽较多采用线性LED驱动方案，但因其技术方案的不同，对于驱动芯片的选型也不尽相同。根据单芯片的通道数来区分，大抵可以分为低通道数芯片（1~3通道）和高通道数芯片（12通道及以上）。

传统尾灯只需要照明和信号警示功能，搭载的LED灯珠数量较少，对应的LED驱动芯片数量和芯片的通道数也较少。通常仅需要选取单通道或者3通道的驱动芯片即可满足要求。市场上芯片供应商如TI、英飞凌、以及国产芯片供应商纳芯微等均提供此类驱动芯片。

传统内饰氛围灯与传统尾灯类似，对驱动芯片的数量和通道数要求并不高，大部分方案均采用单颗RGB驱动芯片，低通道数驱动芯片即可满足要求。与传统尾灯有别的是，氛围灯驱动IC通常内部集成MCU以实现颜色合成和温度补偿等功能，系统架构和软件配置与传统尾灯存在差异。近些年随着内饰氛围灯的显示效果越来越丰富多彩，内饰氛围灯照明对于RGB驱动芯片的输出通道数也提成了更高的要求。

高通道数的驱动芯片主要应用于贯穿式尾灯和ISD智能交互灯技术中。

为了体现品牌个性，整车对尾灯的要求已经不止满足于照明和信号警示。早在上世纪60年代，豪华品牌林肯汽车就开始了贯穿式尾灯的尝试，但受制于技术原因未能得到普及。进入本世纪后，随着LED技术的成熟，结合整车造型的需求，贯穿式尾灯几乎成为豪华车型的标配，并且其技术能力也不断下放至家用车型中。尤其是本轮中国新能源市场的大机遇中，动态贯穿式尾灯成为很多车型的标配。

由于动态贯穿式尾灯所需的LED光源数量较多，对LED驱动芯片的数量及单颗驱动芯片的通道数量提出了新要求。当下方案设计中，12通道、16通道和24通道等多通道线性LED驱动芯片被广泛使用。其中，驱动芯片每通道驱动的LED数量一般为1-3颗。根据所需动态效果的不同，芯片的选型和数量也会多样：动态贯穿式尾灯方案中用到的LED灯珠数量约为100颗到500颗，以常见的12通道LED驱动芯片为例，对应驱动芯片的用量大约在5-20颗之间。如果选用更多输出通道的LED驱动芯片，驱动芯片的用量会进一步降低，可以实现更精简的BOM清单和更低的系统成本。市场上常见型号如TI的TPS929120-Q1系列和纳芯微的NSL21912系列均是典型的12通道线性LED驱动芯片产品。

ISD智能交互灯是近年来应用的一个细分技术，其可以显示一些简单的图形元素，与外界做信息交互。

比较典型的是高合在2020年发布的Hiphi X车型，全车分别在车前和车尾搭载4块LED矩阵模块，组成ISD智能交互灯。为此共采用了1716颗LED光源。此后，包括深蓝、奇瑞、问界在内的整车企业也开始搭载ISD智能交互灯方案，如深蓝S7所搭载的ISD智能交互灯采用了348颗LED，对应的需要32颗12通道的LED驱动芯片。

极氪007在业内首次采用了交互灯幕，而非单独模块，显示面积达到90英寸，为此采用了1711颗LED发光单元，采用了75颗24通道的线性LED驱动芯片。

智己L7全车共采用了5000多颗LED，通过48通道驱动芯片控制，甚至能在尾灯处显示简单的游戏动画效果。

■智己L7尾灯动画效果

从驱动芯片应用来看，对于ISD智能交互灯所采用的驱动芯片更倾向24通道或者48通道，市场上的常见型号如TI的TPS929240-Q1和TLC6C5748系列，以及纳芯微的NSL21924系列。

03.

前大灯LED驱动芯片的选型策略

与尾灯、ISD智能交互不同的是，前大灯主要功能是提供照明，意味着前大灯所需的功率更高，这也正是前大灯照明选用开关型LED驱动芯片的原因。

在满足照明的基础上进行交互式创新，这点在远光灯技术的应用上表现的尤其明显。ADB大灯和像素级大灯就是在此背景下发展起来的。ADB大灯全称是自适应远光灯（Adaptive Driving Beam），又称矩阵式大灯，故名思义，其照明区域可以呈矩阵式控制。在车辆行驶时，可根据前方障碍物位置进行照明区域调整，而无需手动切换远近光。

ADB大灯虽然有多种实现方式，但最主流的依然是通过矩阵式LED来实现，即开关型LED驱动芯片提供大功率输出以驱动LED灯珠，配合矩阵管理芯片来实现单个LED（或称之为单个像素）的独立亮灭控制。

■LED前大灯驱动电路结构，来源：纳芯微

由于大功率驱动能力的需求，前灯照明中广泛采用的LED驱动芯片的输出电流能力远大于线性LED驱动芯片。但从像素点或者LED灯珠数量上来比较的话，矩阵式ADB大灯所需像素点明显少于尾灯和ISD智能交互灯。受限于成本和散热，单侧ADB大灯最多仅有100余像素点，如特斯拉单侧ADB大灯像素点为102像素。

ADB大灯的发展方向之一是更高的像素点位，但受限于成本和散热的挑战，并且随着万级像素HD大灯的落地，高像素矩阵ADB大灯的发展受到了一定程度的影响，当下主机厂更多转而开发更经济型的ADB大灯，叠加平台化思路进行成本控制，进而实现配置下探，提升搭载比例，如小米SU7单侧ADB大灯的像素点为12像素，全车共24像素。

相较于传统远光灯，ADB大灯对于开关型LED驱动芯片提出了新的架构要求，并且为了降低开发成本和缩短开发后期，双重影响下搭载数字接口如SPI接口的两级式开关型LED驱动方案逐渐成为主流。国外芯片厂商如TI、罗姆、NXP均提供此类解决方案，而国产芯片公司纳芯微在2024年也将陆续推出两级式开关型LED驱动芯片和矩阵管理芯片，为汽车前灯照明市场注入新的活力。

像素级大灯又称投影大灯，顾名思义像素级大灯可以在车辆前方投射出明显的图形而不仅仅是ADB大灯中的障碍物避光。该方案目前主要有两种方案，DLP和micro LED，通常像素点数达到几万甚至上百万。

当前量产的方案主要是DLP方案，如问界M9、智己L7、高合HiPhi X、奔驰S、奥迪A8等等。车灯像素可以达到百万级。其核心技术是基于数字微镜元件DMD来完成可视数字信息显示，与现有常用到的投影仪原理类似。但DLP大灯的光学设计和系统较为复杂，相应的成本短期内也难以降低，仅在高端车型上应用搭载。

Micro LED大灯虽然在像素点数量上不如DLP的百万级，但在系统难易度和成本方面存在明显优势。保时捷将其最先应用与量产车型中，在2023年保时捷卡宴车型上实现量产。保时捷全车采用了四个micro LED模块，左右单侧大灯各两个。每个模块包含了16,384 个microled，对应的16,384个像素，即全称共有65,536个像素点。其后蔚来ET9、大众途观和福特也将应用该技术方案。其中大众途观的方案由马瑞利提供，单侧包含25,600像素。

■保时捷micro led大灯

前大灯中除大功率的远光灯和近光灯外，功率较小的转向灯、日行灯以及新兴的发光格栅在动态显示上也有更吸引眼球的效果。对于驱动芯片而言，受前大灯方案的影响，此类应用中，部分厂家沿用了ADB远光方案，即开关型LED驱动芯片配合矩阵管理芯片来实现动态效果。

但随着LED数量的逐渐增多，以及系统成本的考虑，在此类非大功率、有流水呼吸等动态效果的前灯照明中，市场上亦有开始使用线性LED驱动芯片的用法。此类方案使用类似动态贯穿流水尾灯方案中的多通道线性LED驱动方案，如12通道和24通道线性LED驱动芯片，系统成本得到进一步降低，带来了灵动的动态显示效果。国外芯片厂商TI、罗姆、以及国产芯片供应商纳芯微等均提供此类方案。为了减轻此类前灯照明中的散热压力，纳芯微的多通道线性LED驱动芯片支持最新一代的热共享技术，极大程度缓解了线性LED驱动芯片的散热压力。

04.

LED驱动芯片的升级方向

驱动芯片第一大挑战便是如何去驱动数量庞大的LED灯珠。

正如上文提到，除前大灯中需要考虑功率要求，即要求驱动芯片需输出较大电流外，尾灯、ISD智能交互更多的是考虑LED数量，对应的增加驱动芯片的数量。但考虑到芯片布置的空间有限，单纯的叠加芯片的数量肯定是无法持续的。

时分复用技术就在此需求下被提出。相比于LED直接驱动的方式，时分复用技术在驱动芯片的基础上增加矩阵开关，这样变可以成倍数控制LED的数量，增加的倍数即位矩阵开关的数量。这样便可以在不增加芯片数量的情况下实现增加LED驱动的数量，此类技术可以显著提升线型LED驱动的输出通道数量。

■时分复用LED驱动技术，来源：TI

驱动芯片的第二大挑战是如何解决热风险，降低芯片发热量。

得益于高转换效率，开关型LED驱动芯片的散热问题相对较好处理。但对于线性LED驱动芯片来说，如何在散热和稳定电流输出之间做好均衡，这非常考验研发工程师的设计能力。提升线性LED驱动芯片散热表现的常见方式是通过增加额外的分流电阻来分担热量，以此来降低驱动芯片的发热。此类技术被称之为热共享（Thermal sharing or Thermal balancing）。但随着线性LED驱动芯片的输出通道数增加，对于12通道甚至更多如24通道的线性LED驱动芯片而言，依靠每通道并联分流电阻的传统热共享技术无疑在方案面积和系统成本上都带来了新的挑战，在追求小型化的今天，其结果与产品理念是背道而驰的。

因此如何解决多通道线性LED驱动芯片的散热问题就显得尤为关键。纳芯微最新一代的Thermal-sharing热共享技术便是为解决该难题而来，其核心优势是仅需要单个分流电阻而非多个分流电阻，便可以提升多通道线性LED驱动芯片的散热表现。实际工作时根据不同的工况，纳芯微Thermal-sharing热共享技术可以自动调节电流配比，在保持负载电流精准输出的情况下减少驱动芯片的发热量，最大化实现通道利用率。

■纳芯微Thermal-sharing热共享技术芯片温升对比

驱动芯片的第三大挑战是如何匹配平台化开发理念，实现供应链降本。

现在随着开发周期、开发成本的不断压缩，平台化的产品开发理念深入人心。平台化体现在两方面，硬件平台化、通讯协议多样化兼容。

硬件平台化即硬件架构和电路板空间需覆盖尽可能多的不同车灯型号的要求。对于驱动芯片而言，即能够兼容尽可能多的不同通道数的驱动芯片，通常为了方便切换，也就要求芯片供应商能提供尽可能多的通道数芯片。目前如英飞凌、TI等外资芯片企业可覆盖1-48通道的芯片产品，国内企业如纳芯微在产品丰富度方面也基本与其持平。

除产品丰富度外，上文提到，车灯的工作原理简单的理解便是MCU发出指令，驱动芯片收到指令后驱动LED灯珠发光或熄灭。其中MCU和驱动芯片之间便会涉及到通讯。通常情况下，车灯控制可以分为控制板和驱动板。控制板即主要为MCU所在的电路板，驱动板则是驱动芯片所在的电路板。基于平台化中灵活布置的诉求，对于驱动板而言就需要尽可能多的兼容控制板的通讯协议。由于各家方案和应用需求的差异，通讯接口目前常见的有LIN、SPI、UART、CAN等等。如何实现不同厂商通讯协议的兼容，是当下迫切需要解决的难题。

05.

埋头发展的国产芯片企业

与其他芯片的应用一样，汽车LED驱动芯片应用首先面对的便是车规级要求的门槛。车规芯片通常有三大认证门槛，分别是IATF 16949质量管理体系认证、AEC-Q100可靠性认证、ISO 26262功能安全标准。集中表现在芯片可靠性要求高、功能安全要求高等方面，此外车规级认证及配合量产的时间要求也远高于其他领域。

在汽车LED驱动芯片领域，过往出现的更多的是全球芯片企业的身影，如英飞凌、TI、NXP、罗姆等。其优势主要体现在两个方面，一是产品的丰富度，二是产品的稳定性。

近年来随着国产芯片产业的日渐成熟，加之国内汽车新技术的快速落地应用，以纳芯微为代表的国产芯片企业在LED驱动芯片领域已经逐渐具备与全球芯片企业正面竞争的实力。

汽车照明是纳芯微专注领域之一。纳芯微汽车LED驱动产品布局包含尾灯照明、头灯照明、内饰氛围灯照明、车载屏幕背光驱动等多个汽车照明应用。

在产品丰富度方面，纳芯微目前已量产多个车规级线性LED驱动芯片产品，如单通道NSL2161X系列，3通道NSL2163X系列，以及12通道NSL21912(A)系列，已经广泛应用于车内小灯、经典尾灯、动态贯穿式尾灯、动态发光格栅等场景。从2024年开始，纳芯微新一代16通道和24通道车规级线性LED驱动新品也将陆续量产，进一步完善其产品序列，为车身照明市场提供高性价比和高可靠性的一揽子解决方案。目前搭载纳芯微车规级线性LED驱动芯片的车辆数超过300万辆，其稳定性也得到了市场的认可。

除了产品的丰富度和稳定性外，纳芯微针对一些产品应用的痛点保持持续创新，上文提到的了“Thermal-sharing”方案便是其为解决汽车领域多通道芯片散热的痛点而推出的创新技术方案。

而这一些创新的基础来源于其深厚的汽车级芯片的技术积累和应用经验。正如纳芯微创始人、CEO王升杨在庆祝十周年之际所言，“纳芯微在成立之初就想着要去干一些愚公移山的事，去干一些凿山洞的事得了。怎么凿山洞？就是干一些比较难，而且没人干的东西，凿出一条之前没有人的路”，正是这份信念和坚持，使得纳芯微在汽车领域能够直面竞争，不断创新。